सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र जल्द ही उलटने वाला है

• सूर्य के चुंबकीय क्षेत्र की ध्रुवीयता का उलटना लगभग 11 साल के solar cycle में maximum के मध्य को दर्शाने वाली घटना है, जिसके बाद गतिविधि minimum की ओर बढ़ना शुरू करती है
• मौजूदा solar maximum 2024 के अंत से 2026 की शुरुआत के बीच अपेक्षित है, और इस दौरान सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र इतना जटिल हो जाता है कि उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव का फर्क धुंधला पड़ने लगता है
• उलटाव sunspots और सक्रिय क्षेत्रों के चुंबकीय क्षेत्र के ध्रुवीय क्षेत्रों की ओर जाने से आगे बढ़ता है, लेकिन यह पूरे polarity switch में क्यों बदलता है, इसकी पूरी व्याख्या अभी नहीं हो पाई है
• चुंबकीय क्षेत्र का उलटाव एक पल में नहीं होता; आम तौर पर यह 1–2 साल में होता है, और solar cycle 24 के उत्तरी ध्रुवीय चुंबकीय क्षेत्र को लगभग 5 साल लगे थे
• यह बदलाव कोई विनाशकारी घटना नहीं है; यह तेज space weather के साथ दिखाई दे सकता है, लेकिन उसका प्रत्यक्ष कारण नहीं है, और galactic cosmic rays से shielding में मदद कर सकता है

---

solar cycle में चुंबकीय क्षेत्र के उलटाव की स्थिति

• सूर्य जल्द ही चुंबकीय क्षेत्र के उलटाव नामक एक अहम मोड़ पर पहुंचेगा
• यह उलटाव लगभग 11 साल के solar cycle का एक महत्वपूर्ण चरण है
  • polarity में बदलाव दिखाता है कि सूर्य solar maximum के मध्य तक पहुंच गया है
  • इसके बाद solar activity solar minimum की ओर संक्रमण शुरू करती है
• सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र आखिरी बार 2013 के अंत में उलटा था
• मौजूदा पूर्वानुमान के अनुसार solar maximum 2024 के अंत से 2026 की शुरुआत के बीच होने की उम्मीद है

11 साल का solar cycle और 22 साल का Hale cycle

• solar activity का लगभग 11 साल का cycle सूर्य के चुंबकीय क्षेत्र द्वारा संचालित होता है, और इसे सूर्य की सतह पर sunspots की आवृत्ति और तीव्रता से मापा जाता है
• इससे लंबा चुंबकीय cycle लगभग 22 साल का Hale cycle है
  • इस अवधि में सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र एक बार उलटता है और फिर अपनी मूल स्थिति में लौट आता है
• solar minimum के दौरान चुंबकीय क्षेत्र पृथ्वी की तरह एक उत्तरी ध्रुव और एक दक्षिणी ध्रुव वाले dipole के करीब होता है
• maximum की ओर बढ़ने पर चुंबकीय क्षेत्र एक जटिल अवस्था में पहुंच जाता है, जिसमें उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव का स्पष्ट अलगाव नहीं रहता
• maximum के बाद minimum तक पहुंचने पर सूर्य फिर dipole अवस्था में लौट आता है, लेकिन polarity उलटी हो चुकी होती है

इस बार उलटाव की दिशा

• आने वाला polarity change उत्तरी गोलार्ध में उत्तरी चुंबकीय क्षेत्र को दक्षिणी चुंबकीय क्षेत्र में, और दक्षिणी गोलार्ध में इसके उलट बदलने के रूप में होगा
• इस बदलाव के बाद सूर्य की चुंबकीय दिशा पृथ्वी जैसी हो जाएगी
  • पृथ्वी के उत्तरी गोलार्ध में भी दक्षिण की ओर इशारा करने वाला चुंबकीय क्षेत्र है

sunspots और सक्रिय क्षेत्र उलटाव को कैसे आगे बढ़ाते हैं

• उलटाव सूर्य की सतह पर जटिल चुंबकीय सक्रिय क्षेत्रों, यानी sunspots, द्वारा संचालित होता है
• sunspots solar flares और coronal mass ejections (CME) जैसी बड़ी solar घटनाओं को trigger कर सकते हैं
• सूर्य के equator के पास दिखने वाले sunspots मौजूदा चुंबकीय क्षेत्र की दिशा से मेल खाते हैं
• ध्रुवीय क्षेत्रों के ज्यादा करीब बनने वाले sunspots नई आने वाली चुंबकीय दिशा से मेल खाते हैं
  • इस नियम को Hale's law कहा जाता है
• सक्रिय क्षेत्रों से निकला चुंबकीय क्षेत्र ध्रुवीय क्षेत्रों की ओर जाता है और आखिरकार उलटाव पैदा करता है

अभी अनसुलझा mechanism

• polarity reversal का सटीक कारण अभी ज्ञात नहीं है
• Stanford University के solar physicist Phil Scherrer के अनुसार पूरे solar cycle की व्याख्या करने वाला self-consistent mathematical model अभी नहीं है
• मुख्य सवाल चुंबकीय क्षेत्र कहां से आता है, इससे जुड़ा है
  • क्या बहुत सारे sunspots बनेंगे
  • क्या sunspots ध्रुवीय चुंबकीय क्षेत्र में योगदान देंगे
  • क्या sunspots का प्रभाव स्थानीय रूप से neutralize हो जाएगा
• Todd Hoeksema भी मानते हैं कि इस सवाल का जवाब देने का तरीका अभी हमें नहीं पता

उलटाव कोई क्षण नहीं, बल्कि लंबा transition है

• सूर्य के चुंबकीय क्षेत्र के उलटाव का कोई खास “क्षण” नहीं होता
• transition पूरे 11 साल के solar cycle में चलने वाला gradual change है
  • dipole अवस्था से जटिल चुंबकीय क्षेत्र की अवस्था में बदलना
  • फिर उलटी dipole अवस्था में लौटना
• आम तौर पर पूरा उलटाव होने में 1–2 साल लगते हैं
• अवधि काफी अलग-अलग हो सकती है
  • National Solar Observatory के अनुसार, दिसंबर 2019 में समाप्त हुए solar cycle 24 के उत्तरी ध्रुवीय चुंबकीय क्षेत्र को उलटने में लगभग 5 साल लगे
• बदलाव बहुत gradual होता है, इसलिए पृथ्वी से उलटाव के क्षण को महसूस करना मुश्किल है
• यह घटना अंतकाल का संकेत नहीं है

पृथ्वी और space weather पर असर

• हाल में सूर्य इतना सक्रिय रहा है कि उसने कई शक्तिशाली solar flares और CME छोड़े हैं
• इस activity ने पृथ्वी पर तेज geomagnetic storms पैदा किए और प्रभावशाली auroras दिखाए
• हालांकि space weather की तीव्रता बढ़ना चुंबकीय क्षेत्र के उलटाव का प्रत्यक्ष कारण नहीं है
  • दोनों घटनाएं साथ दिखाई देने की प्रवृत्ति रखती हैं
• space weather आम तौर पर solar maximum पर सबसे तेज होता है
  • इसी समय सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र भी सबसे जटिल अवस्था में होता है

galactic cosmic rays से shielding effect

• चुंबकीय क्षेत्र के बदलाव का एक छोटा लेकिन आम तौर पर लाभकारी side effect भी है
• यह बदलाव पृथ्वी को galactic cosmic rays से बेहतर बचाने में मदद कर सकता है
  • galactic cosmic rays उच्च-ऊर्जा वाले subatomic particles हैं जो लगभग प्रकाश की गति से चलते हैं
  • cosmic rays spacecraft को नुकसान पहुंचा सकते हैं और पृथ्वी के वायुमंडल की सुरक्षा से बाहर orbit में मौजूद astronauts को हानि पहुंचा सकते हैं
• सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र बदलने पर solar equator से बाहर की ओर अरबों मील तक फैली current sheet बहुत लहरदार हो जाती है
• इस तरह मुड़ी हुई current sheet galactic cosmic rays के खिलाफ बेहतर barrier का काम करती है

अगले solar cycle की तीव्रता का अनुमान

• वैज्ञानिक देखेंगे कि सूर्य के चुंबकीय क्षेत्र का उलटाव कितना समय लेता है और यह dipole structure में कितनी जल्दी वापस आता है
• अगर चुंबकीय क्षेत्र अगले कुछ वर्षों में dipole अवस्था में लौट आता है, तो अगला 11 साल का cycle अपेक्षाकृत सक्रिय रहने की उम्मीद है
• अगर recovery धीमी होती है, तो अगला cycle पिछले solar cycle 24 की तरह अपेक्षाकृत कमजोर रहने की उम्मीद है

[GN⁺]

Hacker News की रायें

• दिलचस्प बात यह है कि यह घटना हर 11 साल में होती है, और इसका दोगुना यानी 22 साल का एक लंबा चक्र भी है जिसे Hale cycle कहा जाता है
  सूर्य का चुंबकीय क्षेत्र आम तौर पर पृथ्वी के साथ ध्रुवीय दिशा में मेल खाने वाली द्विध्रुवीय अवस्था से, उलटी दिशा और कहीं अधिक अनियमित चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में बदल जाता है
  पृथ्वी पर इसका सीधे क्या असर होता है, इस बारे में मैंने ज्यादा नहीं देखा; जो पहले से पता था वह बस इतना कि sunspots कभी-कभी पृथ्वी की दिशा में coronal mass ejection पैदा करते हैं। हाल में भी उसके असर से कुछ चीजें हुई लगती हैं, लेकिन वे बहुत गंभीर नहीं थीं
  • क्या यह 11-year sunspot cycle से जुड़ा है, या बस संयोग है?
  • मेरी समझ में Hale cycle दो 180° flips से पूरा होने वाला 360° flip है
    यानी 11 साल का चक्र आम तौर पर द्विध्रुवीय अवस्था से अनियमित होता है और फिर वापस द्विध्रुवीय अवस्था में लौटता है, लेकिन इस बार चुंबकीय north pole उलटी दिशा की ओर इशारा करता है। अगले 11 साल के चक्र में चुंबकीय north pole फिर से मूल “ऊपर” की ओर इशारा करने लगता है
  • इसका असर मुख्य रूप से cloud formation पर पड़ता है
    https://home.web.cern.ch/news/news/physics/cloud-discovers-n...
• एक कम चर्चित लेकिन ज्यादा दिलचस्प लंबी अवधि का trend है: हाल के कुछ solar cycles कुल मिलाकर कमज़ोर रहे हैं। maximum के दौरान भी activity और sunspots कम थे
  http://solen.info/solar/images/comparison_recent_cycles.png
  काश यह chart और पुराने समय तक दिखाता, तो देखा जा सकता था कि कोई बड़ा cycle है या नहीं। पहली नज़र में लगता है कि इस cycle में पिछले cycle की तुलना में थोड़ी recovery हुई है
  • मुझे याद है, कुछ साल पहले मैंने ऐसे लेख पढ़े थे कि सूर्य Grand Solar Minimum cycle में प्रवेश कर रहा है, जो Maunder minimum जैसा है और जिसके परिणामस्वरूप global cooling जैसी चीजें हो सकती हैं
    उसके बाद और research या speculation हुई है या नहीं, मुझे ठीक से नहीं पता
  • उसी site पर observe किए गए सभी cycles को इकट्ठा करने वाला chart है
    http://www.solen.info/solar/cycles1_to_present.html
• पिछले HN thread के हिसाब से, एक महीने पहले Carrington event-level घटना आने की बारी थी ऐसा लगा था (https://news.ycombinator.com/item?id=40321821)
  क्या यह खगोलीय चुंबकीय घटना भी हमारी जानी-पहचानी तकनीकी सभ्यता के लिए खतरा बन सकती है?
  • हो सकता है। Carrington event पिछले महीने की घटना से 2–4 गुना ज्यादा शक्तिशाली था, लेकिन दूसरी ओर आज की electrical systems पहले की तुलना में काफी ज्यादा resilient लगती हैं
• मूल लेख पढ़कर भी ठीक से समझ नहीं आया: क्या इसका मतलब है कि अभी सूर्य solar maximum पर है? और क्या इसका मतलब यह भी है कि aurora ज्यादा बार और ज्यादा तेज़ दिखाई दे सकते हैं?
  • यहां sunspot cycle progression देखा जा सकता है, और लगता है कि solar maximum करीब 1–2 साल तक चलेगा
    https://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression
  • हां। https://en.wikipedia.org/wiki/May_2024_solar_storms और https://xkcd.com/2930/ देखें
• यह एक दिन में नहीं होता, बल्कि धीरे-धीरे 5 साल में आगे बढ़ता है
  • लेकिन ऐसा लिखेंगे तो clicks ज्यादा नहीं मिलेंगे…
• “चुंबकीय क्षेत्र में बदलाव का एक side effect छोटा है, लेकिन कुल मिलाकर फायदेमंद है। यह पृथ्वी को galactic cosmic rays से बचाने में मदद कर सकता है। galactic cosmic rays लगभग प्रकाश की गति से चलने वाले high-energy subatomic particles होते हैं, जो spacecraft को नुकसान पहुंचा सकते हैं और पृथ्वी के protective atmosphere से बाहर orbit में मौजूद astronauts को नुकसान पहुंचा सकते हैं।”
  यह बात ads और फालतू चीजों के बाद, article के अंत से तीन वाक्य पहले दबाई गई थी। अधीर लोगों के लिए यह structure मुश्किल है
  • ऐसा क्यों होगा? क्या इसलिए कि सूर्य के poles पृथ्वी के poles के साथ align होकर पृथ्वी के magnetic field को complement करते हैं?
    magnetic poles लगातार rotate करते दिखते हैं [1], कभी वे rotation-axis poles से मेल खाते हैं और कभी नहीं, और “flip” event equator को धीरे-धीरे और smoothly पार करने की प्रक्रिया पर लगाया गया binary classification जैसा लगता है
    थोड़ा शर्मनाक है, लेकिन पहले मैं सोचता था कि यह कोई step-like phenomenon है जिसमें rate of change काफी अचानक बदलता है
    [1] https://www.stce.be/news/211/welcome.html
  • लेकिन यह दिलचस्प सवाल है। क्या इसका संबंध मेरे अमेरिका वाले इलाके में हाल में ज्यादा UV alerts आने से हो सकता है?
• मुझे याद है, कुछ साल पहले मैंने शायद किसी रूसी scientist का लिखा हुआ एक groundbreaking white paper पढ़ा था। उसने काफी convincingly तर्क दिया था कि सूर्य के भीतर गहराई में एक cycle और shallow region में एक cycle, यानी दो cycles काम करते हैं
  उसमें कहा गया था कि जब दोनों cycles maximum पर हों या दोनों minimum पर हों, तो solar activity के extreme values समझाए जा सकते हैं
  • वह शायद Gnevishev, M. N.; Ohl, A. I. (1948) का “On the 22-year cycle of solar activity” होगा। यह 76 साल पहले रूसी journal Astronomicheskii Zhurnal में पहली बार प्रकाशित हुआ था
• हम सचमुच बहुत कुछ जानते हैं, लेकिन साथ ही बहुत कम भी जानते हैं। article में भी लिखा है कि mathematically कोई model नहीं है, इसलिए यह कहना मुश्किल है कि researchers और academia इस phenomenon को सच में समझते हैं
  climate change और उसकी चुनौतियों के साथ भी ऐसा ही है, और इसी तरह के कई क्षेत्रों में models अधूरे हैं या किसी process की असली समझ के लिए जरूरी बड़े data pieces बिल्कुल गायब हैं
  • physics में यह आम बात है। किसी topic पर बहुत research हो सकती है, theories बनाई जा सकती हैं, और future behavior को बहुत precision से predict करने वाले models भी बनाए जा सकते हैं, लेकिन क्योंकि उसे पर्याप्त strength या precision के साथ probe नहीं किया जा सकता, fundamental mechanism unresolved रह सकता है
• तो… range कितनी है, और इसे modulate कैसे करें?
  • range तो जबरदस्त होगी, लेकिन मेरी जमीन पर 11-light-year dipole antenna लगाने की योजना पर city ने काफी जोरदार विरोध किया
    आजकल amateur radio operator बनकर जीना वाकई मुश्किल है…
  • सोचने पर मजबूर करता है। दूसरे stars भी शायद ऐसा करते होंगे। क्या magnetic polarity को interstellar distances से detect किया जा सकता है? क्या इस तरह stars को लेकर नई astronomy की जा सकती है?
    magnetic field reversal cycle उस star के बारे में ऐसी कोई बात बता सकता है जिसे दूसरे तरीकों से जानना मुश्किल हो?
• physics के नियम simple properties को विशाल पैमाने पर जिस तरह replicate करते हैं, वह बहुत अद्भुत है
  • तो फिर यह भी सोचने लायक है कि लोगों को pole shift का climate पर असर मानना इतना मुश्किल क्यों लगता है